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有向無環(huán)圖（DAG）技術(shù)：超越區(qū)塊鏈的分布式賬本
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一、起源
DAG（Directed Acyclic Graph，有向無環(huán)圖）是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，最早提出在區(qū)塊鏈中加入DAG概念作為算法，是在2013年的bitcointalk論壇，被稱作為“Ghost協(xié)議”，這一提議也是為了解決當(dāng)時比特幣的擴(kuò)容問題。后來，在NXT社區(qū)，又有人提出了DAG of block，將DAG的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用來存儲區(qū)塊，解決效率問題。那時對于DAG的應(yīng)用，還停留在類似于側(cè)鏈的一個認(rèn)識。
眾所周知，擴(kuò)展性是當(dāng)前區(qū)塊鏈技術(shù)急需解決的難點之一。談到擴(kuò)展性，首當(dāng)其沖的便是區(qū)塊鏈的擴(kuò)容問題，當(dāng)區(qū)塊鏈上的交易頻繁時，區(qū)塊鏈的性能也呈會線性下滑。參考以太坊的容量，僅僅一個加密貓游戲就讓區(qū)塊鏈不堪重負(fù)，造成了巨大擁堵。所以，如何有效地擴(kuò)容，成為了當(dāng)下區(qū)塊鏈技術(shù)的一大重點。
在PoW算法的區(qū)塊鏈中尤其如此，由于PoW機制是將交易數(shù)據(jù)打包成區(qū)塊，在由算力高的節(jié)點進(jìn)行記賬，這種算法相對于PoS速度較慢，交易量上升更加會影響到整體的確認(rèn)速度，以比特幣為例，一開始比特幣區(qū)塊鏈大小為1M，后來交易量的上升使得社區(qū)不得不考慮擴(kuò)容方案，還因此引發(fā)了擴(kuò)容之爭與分叉事件。
PoS在確認(rèn)速度上大為改善，但仍然難以跟上需求。
同時，PoW和PoS算法都有趨向于中心化的理論風(fēng)險，當(dāng)擁有的算力或者代幣達(dá)到了一定數(shù)量時，區(qū)塊鏈就會變得中心化。
DAG也是一種分布式賬本技術(shù)，與區(qū)塊鏈不同。因為區(qū)塊鏈?zhǔn)怯蓞^(qū)塊組成的一條單鏈，而DAG則是由交易組成的網(wǎng)絡(luò)。但本質(zhì)上，兩者卻有著很大的相似之處。DAG中的交易，就可以看做是一個個“區(qū)塊”，只不過這些區(qū)塊也可以作為節(jié)點，形成一個復(fù)雜交織的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
DAG與PoW、PoS相比，DAG有著更加高的性能，甚至可以說交易越多、節(jié)點越多，處理速度越快。
二、工作原理
DAG技術(shù)如何在作為一個分布式賬本進(jìn)行應(yīng)用呢？IOTA是應(yīng)用DAG技術(shù)較為知名的一個項目，它將DAG進(jìn)行了改進(jìn)，并提出Tangle（纏結(jié)）方案。這里以IOTA作為例子來說明DAG的運行原理。
在DAG的網(wǎng)絡(luò)中，每一個節(jié)點都可以是交易者和驗證者，因為DAG中的交易處理，正是由交易節(jié)點本身來共同完成。
而且，IOTA的Tangle賬本在保證高速處理交易的同時，并不需要支付交易費用。不過，這并不代表上面的交易時免費的，這是因為在這個賬本中，每一筆交易的發(fā)起都需要線驗證另外兩筆隨機交易，并將自己發(fā)起的交易指向這兩筆交易，這樣在區(qū)塊鏈上礦工所承擔(dān)的責(zé)任就分配給了所有的交易者。
DAG這種處理交易的方式，可稱作為異步處理模式。
Tangle賬本是建立在DAG網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上的去中心化賬本，利用這一結(jié)構(gòu)，所有點都能成為“礦工”，而且每個節(jié)點所承擔(dān)的交易數(shù)量并不會超負(fù)荷，這樣就使得交易量越大效率越高。
如果像IOTA一樣，將其運用于微小交易，那么可參與的節(jié)點將會更多。區(qū)塊鏈承擔(dān)的交易量每秒可以萬計算，而理論上DAG卻能夠達(dá)到每秒以億計算。
三、優(yōu)缺點
DAG的優(yōu)點非常明顯，它沒有區(qū)塊鏈需要擔(dān)憂的擴(kuò)容問題，因為隨著交易量和用戶的增長，它的處理速度只會更加快速；同時無交易費這一點可以迅速提升交易量，增強去中心化。
更強的性能和更高程度的去中心化，是DAG領(lǐng)先于區(qū)塊鏈，以及重大創(chuàng)新的部分。然而，DAG也有著很大的隱患。
在安全性上，DAG要比PoW脆弱得多。在PoW共識機制中，算力達(dá)到51%，才能夠發(fā)起攻擊；而攻擊DAG，以Tangle為例，發(fā)起一筆交易驗證兩筆交易，理論上來說，只要達(dá)到34%的算力，就能夠攻擊整個DAG網(wǎng)絡(luò)了。
而且，因為每個人都能處理交易，如果一個擁有高算力的節(jié)點通過發(fā)起巨量的交易，從而獲得更多驗證權(quán)，就很容易降低DAG網(wǎng)絡(luò)的效率，甚至發(fā)起攻擊；而無交易費使得發(fā)起和驗證的成本為零，同時海量的節(jié)點更增加了這種攻擊風(fēng)險。
此外，在掌握高算力的情況下，也很容易出現(xiàn)“雙花”現(xiàn)象，“雙花”即雙重花費，指一筆錢花了兩次。攻擊者可以同時發(fā)起兩筆交易，利用異步處理數(shù)據(jù)和節(jié)點間的信息差來達(dá)到這個目的。
DAG作為區(qū)塊鏈的一個有力競爭者，有著極大的創(chuàng)新之處，但同時也具有明顯的缺陷。不過，作為一個年輕的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，DAG可以結(jié)合更多的新技術(shù)來揚長避短。目前使用這一技術(shù)的項目，有知名的“DAG三駕馬車”IOTA、字節(jié)雪球、NANO。
目前，有越來越多的DAG項目正在發(fā)展，有樂觀者認(rèn)為DAG才是真正的區(qū)塊鏈3.0，也有人認(rèn)為區(qū)塊鏈才是更加完善的去中心化賬本。不可否認(rèn)的是，DAG的確是區(qū)塊鏈在去中心化和拓展問題上的強勁對手。
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